توسعه غشاهای نانولیفی مجهز به سطح خودتمیزشونده با استفاده از نانوذرات سیلیکون دی‌اکسید و ترکیب بر پایه فلوئوروسیلان

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی نساجی، کد پستی 83111-84156

10.22063/jipst.2025.3679.2330

چکیده

فرضیه: امروزه غشاهای نانولیفی مجهز به سطوح خودتمیزشونده الهام‌گرفته از برگ‌­های نیلوفر آبی، به‌دلیل برخورداری از قابلیت دفع آب و آلودگی­‌ها، مورد توجه بسیاری قرارگرفته‌­اند. روش‌­های مختلفی برای ایجاد سطوح خودتمیزشونده وجود دارد که در میان آن‌­ها، روش الکتروریسی توجه پژوهشگران بسیاری را جلب کرده است.
روش­‌ها: با به‌کارگیری راهبرد­های مختلف در الکتروریسی شامل (1) الکتروریسی پلی(وینیلیدن فلوئورید) (PVDF) (15% وزنی-وزنی)، (2) الکتروریسی PVDF همراه با H1،H1،H2،H2-پرفلوئورواکتیل تری‌اتوکسی‌سیلان (FAS-13) (2% حجمی-حجمی)، (3) الکتروریسی PVDF همراه با الکتروافشانش نانوذرات سیلیکون دی‌اکسید (SiO2) (25% وزنی-وزنی نسبت به وزن پلیمر) و (4) الکتروریسی PVDF همراه با الکتروافشانش نانوذرات SiO2 و FAS-13، غشاهای نانولیفی تهیه شدند. آزمون‌­های FE-SEM و طیف‌­سنجی EDX به‌ترتیب برای مشاهده شکل­‌شناسی سطحی نانوالیاف و بررسی توزیع نانوذرات روی سطح آن­‌ها، به‌کار گرفته شدند. همچنین، از طیف‌­سنجی ATR-FTIR (تعداد پویش 16) برای بررسی ساختار شیمیایی نمونه‌­ها استفاده شد. آزمون­‌های اندازه‌­گیری زاویه تماس و رهاسازی قطره آب روی سطح غشا نیز برای ارزیابی خواص ترشوندگی و خودتمیزشوندگی سطوح به‌کار گرفته شدند.
یافتهها: ابتدا وجود عناصر مدنظر در ساختار غشاهای تولیدی با آزمون­‌های EDX و FTIR تأیید شد. زاویه تماس آب روی سطح غشای اولیه، 1.4 ± 123.4درجه به‌دست آمد که پس از افزودن FAS-13 به محلول پلیمری با توجه به زنجیر فلوئوری در ساختار آن به 1.4±133.8 درجه افزایش یافت. پس از الکتروافشانش نانوذرات SiO2 نیز زاویه تماس آب به 1.9±141.6 درجه رسید. زمانی که از FAS-13 و نانوذرات SiO2 نیز به‌طور هم‌زمان استفاده شد، سطح اَبرآب‌گریز با زاویه تماس 3 ±151.8 درجه به‌دست آمد. به‌طور کلی نتایج نشان داد، با پوشش­‌دهی هم‌زمان نانوذرات SiO2 و FAS-13 روی سطح غشای نانولیفی، خاصیت آب‌گریزی غشا نسبت به نمونه اولیه، به‌شدت افزایش یافته است و عملکرد خودتمیزشوندگی عالی ارائه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Development of Nanofibrous Membranes Equipped with a Self-Cleaning Surface Using SiO2 Nanoparticles and Fluorosilane-Based Compound

نویسندگان [English]

  • Ali Ghodsi
  • Hossein Fashandi
Department of Textile Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, 84156-83111, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Today, nanofibrous membranes equipped with self-cleaning surfaces inspired by the leaves of the water lily have drawn considerable attention due to their ability to repel water and contaminants. Various methods can create self-cleaning surfaces, with electrospinning attracting considerable attention Methods: Employing various strategies in electrospinning, including (1) electrospinning of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) (15% w/w), (2) electrospinning of PVDF with 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltriethoxysilane (FAS-13) (2% v/v) (3) electrospinning of PVDF and then electrospraying of silicon dioxide (SiO2) nanoparticles (25% w/w with respect to the polymer weight), and (4) electrospinning of PVDF and then electrospraying of SiO2 nanoparticles with FAS-13, nanofibrous membranes were prepared. FESEM and EDX spectroscopy analyses were employed to observe the nanofibers surface morphology and investigate nanoparticles distribution on their surfaces, respectively. Additionally, ATR-FTIR spectroscopy (number of scans: 16) was considered to analyze the chemical structure of the samples. The contact angle measurement and release of water droplet on the membrane surface were also used to demonstrate the wetting and self-cleaning properties of the surfaces
Findings: Initially, the presence of desired elements in the produced membrane structure was verified using EDX and FTIR tests. The water contact angle on the surface of pristine membrane was measured as 123.4 ± 1.4, which increased to 133.8 ± 1.4 after the addition of FAS-13 to the polymer solution due to the fluorine chains in the FAS-13 structure. Furthermore, after electrospraying of SiO2 nanoparticles on the membrane surface, the water contact angle increased to 141.6 ± 1.9. Finally, the addition of FAS-13 to the dispersion of SiO2 nanoparticles and its electrospray on the membrane surface resulted in a super-hydrophobic surface with water contact angle of 151.8 ± 3. The results indicated that the simultaneous coating of SiO2 nanoparticles and FAS-13 on the nanofibrous membrane surface led to significantly enhanced hydrophobicity compared to the pristine sample. Moreover, this surface exhibited excellent self-cleaning properties

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofibrous membrane
  • Electrospinning
  • Self-cleaning surface
  • perfluorooctyltriethoxysilane
  • SiO2 nanoparticles